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噬菌体

噬菌体

中文名 噬菌体
别名 细菌病毒
英文名 phage
名词解释

噬菌体(phage)是侵袭细菌的病毒,也是赋予宿主菌生物学性状的遗传物质。噬菌体必须在活菌内寄生,有严格的宿主特异性,其取决于噬菌体吸附器官和受体菌表面受体的分子结构和互补性。噬菌体是病毒中最为普遍和分布最广的群体。通常在一些充满细菌群落的地方,如:泥土、动物的肠道里,都可以找到噬菌体。

噬菌体(bacteriophage, phage)是感染细菌、真菌、藻类 、放线菌或螺旋体等微生物的病毒的总称,因部分能引起宿主菌的裂解,故称为噬菌体。本世纪初在葡萄球菌和志贺菌中首先发现。作为病毒的一种,噬菌体具有病毒的一些特性:个体微小;不具有完整细胞结构;只含有单一核酸。可视为一种“捕食”细菌的生物。噬菌体基因组含有许多个基因,但所有已知的噬菌体都是细菌细胞中利用细菌的核糖体、蛋白质合成时所需的各种因子、各种氨基酸和能量产生系统来实现其自身的生长和增殖。一旦离开了宿主细胞,噬菌体既不能生长,也不能复制 。

噬菌体是病毒的一种,其特别之处是专以细菌为宿主,较为人知的噬菌体是以大肠杆菌为寄主的T2噬菌体。跟别的病毒一样,噬菌体只是一团由蛋白质外壳包裹的遗传物质,大部分噬菌体还长有“尾巴”,用来将遗传物质注入宿主体内。噬菌体是一种普遍存在的生物体,而且经常都伴随着细菌。通常在一些充满细菌群落的地方,如:泥土、动物的内脏里,都可以找到噬菌体的踪影。世上蕴含最丰富噬菌体的地方就是海水 。

噬菌体的体积小,其形态有蝌蚪形、微球形和细杆形,以蝌蚪形多见。噬菌体是由核酸和蛋白质构成。蛋白质起着保护核酸的作用,并决定噬菌体的外形和表面特征。其核酸只有一种类型,即DNA或RNA,双链或单链,环状或线状。

蛋白质结构

无尾部结构的二十面体:这种噬菌体为一个二十面体,外表由规律排列的蛋白亚单位——衣壳组成,核酸则被包裹在内部。

有尾部结构的二十面体:这种噬菌体除了一个二十面体的头部外,还有由一个中空的针状结构及外鞘组成的尾部,以及尾丝和尾针组成的基部。

线状体:这种噬菌体呈线状,没有明显的头部结构,而是由壳粒组成的盘旋状结构。

迄今已知的噬菌体大多数是有尾部结构的二十面体,这是因为正多面体是多面体里最简单的结构,搭建起来最容易,所以病毒喜欢采用正多面体的结构。而正多面体一共又只有五种,分别是正4, 6, 8, 12, 20面体,其中正20面体是最接近球形的,也就是在体积相同的情况下,需要更少的材料,更为节省。

核酸特点

  • ss RNA:噬菌体中所含的核酸是单链RNA。

  • ds RNA:噬菌体中所含的核酸是双链RNA。

  • ss DNA:噬菌体中所含的核酸是单链DNA。

  • ds DNA:噬菌体中所含的核酸是双链DNA。

繁殖特点

1. 毒性噬菌体

指在宿主菌体内复制增殖,产生许多子代噬菌体,并最终裂解细菌。毒性噬菌体的增殖方式是复制,其增殖过程经历吸附穿入、生物合成和成熟释放3个阶段。

进入菌细胞内的噬菌体核酸首先经早期转录产生早期蛋白质,并复制子代核酸,再进行晚期转录产生噬菌体的结构蛋白。子代噬菌体达到一定数量时,由于噬菌体合成酶类的溶解,菌细胞突然裂解,释放出的噬菌体再感染其他敏感细菌。

2. 温和噬菌体

感染宿主菌后并不增殖。其基因整合于细菌染色体上,即前噬菌体,随细菌染色体的复制而复制,并随细菌分裂而分配至子代细菌的染色体中。温和噬菌体有溶原性周期和溶菌性周期,可偶尔自发地或在某些理化或生物因素地影响下,整合的前噬菌体脱离宿主菌染色体,进入溶菌性周期导致细菌裂解,并产生新的成熟噬菌体。

噬菌体疗法在各领域中的应用

噬菌体在宿主细胞中生长繁殖,能够引起致病菌的裂解,降低致病菌的密度,从而减少或避免致病菌感染或发病的机会,达到治疗和预防疾病的目的,即噬菌体疗法。此疗法已广泛应用于兽医、农业和食品微生物学等领域。

(1)噬菌体疗法在畜牧业中的应用

国内养殖业尤其是养鸡业常常受到畜禽肠道腹泻病的困扰,此病主要是由大肠杆菌、沙门氏菌等致病微生物引起。随着耐药性细菌的大量出现,用具有专一性强、不易产生抗性等优点的相关噬菌体来治疗细菌疾病受到重视。Smith和Barrow等利用噬菌体疗法可以降低羊羔、仔猪和雏鸡患大肠杆菌肠道疾病的机率。

(2)噬菌体疗法在水产养殖中的应用

爆发性疾病的频繁发生给水产养殖业造成巨大的经济损失,细菌性疾病噬菌体疗法在水产养殖业具有良好的应用前景。Park等在治疗Pseudomonas plecoghssicida等病菌引起的细菌性血型腹水感染时,通过喂食含噬菌体的食物可以有效清除致病细菌。

(3)噬菌体疗法在治疗人类疾病中的应用

噬菌体疗法首先在人类疾病治疗中得到应用。1921年,Bruynoghe和Maisin率先用噬菌体制剂治疗葡萄球菌引起的皮肤感染。此后噬菌体广泛应用于耳喉科、口腔科、眼科、皮肤科、儿科及肺部疾病等的治疗。随着抗生素的出现,噬菌体疗法被渐渐忽视。Kutter 等报道噬菌体疗法治疗或预防人类疾病具有极大的潜力,指出通过实践和试验等方法最终使噬菌体疗法商业化是避免此疗法被忽视的关键。

随着细菌抗生素耐药性的广泛存在,在许多领域使用噬菌体控制致病菌的生长和扩增。噬菌体治疗能够避免肠道菌群失衡,保持机体的正常免疫力,被认为是替代抗生素的一种安全、有效和有潜力的微生态制剂忸。

注:本名词内容引自百度百科

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